Satu bentuk geometri baharu telah ditemui yang membolehkan pembungkusan tiga dimensi sel epitelium apabila membuat tisu dan organ melengkung.
Setiap organisma hidup bermula sebagai satu sel, yang kemudiannya membahagi kepada lebih banyak sel, yang seterusnya membahagi dan membahagi sehingga berbilion sel terbentuk untuk mencipta keseluruhan organisma. Ia adalah salah satu aspek biologi yang paling misteri bagaimana bermula dari sel, tisu pertama dan kemudian organ terbentuk. Pada asasnya, struktur ringkas embrio yang dibentuk oleh hanya beberapa sel menjadi organisma hidup yang mempunyai organ kompleks. Contohnya, berjuta-juta sel epitelium berkumpul untuk membentuk kulit manusia, organ terbesar kita dan penghalang terkuat. Jika kulit kita adalah permukaan yang rata sepenuhnya, bentuk geometri yang diketahui boleh disusun bersama untuk membina kulit. Tetapi kerana badan kita tidak rata, sel-sel epitelium ini perlu melengkung dan membengkokkan diri. Sel epitelium bukan sahaja membentuk lapisan luar kulit kita, tetapi ia juga melapisi saluran darah serta organ dalam semua haiwan. Apabila embrio sedang berkembang, tisu (diperbuat daripada sel) membengkok dan membentuk bentuk tiga dimensi yang kompleks yang kemudiannya menjadi organ seperti jantung atau hati dan lain-lain. Blok permulaan sel-sel epitelium 'bergerak' dan 'bercantum' bersama-sama untuk menyusun diri mereka dan dibungkus dengan ketat untuk memberikan organ bentuk tiga dimensi terakhirnya kerana kebanyakan organ adalah struktur melengkung. Oleh kerana keperluan kelengkungan ini, difahamkan bahawa sel epitelium yang melapisi organ perlu menggunakan bentuk kolumnar atau botol untuk dapat mengelilingi organ semasa embrio berkembang. Sel epitelium juga menyediakan fungsi lain seperti membentuk penghalang terhadap jangkitan dan penyerapan nutrien.
Bentuk baharu ditemui!
Penyelidik di Universiti Seville, Sepanyol dan Universiti Lehigh, Amerika Syarikat menyimpulkan dalam kajian mereka yang diterbitkan dalam Nature Communications bahawa sel epitelium menggunakan bentuk yang serupa dengan 'prisma berpintal'. Bentuk geometri pepejal baharu ini telah digelar sebagai 'scutoid'. Bentuk ini membolehkan sel epitelium mencapai tujuannya untuk menyediakan penutup tiga dimensi kepada organ. Scutoid ialah struktur seperti prisma, dengan enam sisi pada satu sisi dan lima pada sisi yang lain bersama-sama dengan muka segi tiga pada salah satu tepi panjang prisma itu. Struktur unik scutoid ini memungkinkan untuk menyusunnya bersama-sama dengan hujung lima sisi dan enam sisi berselang-seli yang membolehkan penciptaan permukaan melengkung. Nama ini tidak wujud dalam geometri dan dipilih oleh penyelidik selepas pertimbangan yang teliti dan kerana persamaan scutoid dengan bentuk scutellum kumbang yang merupakan hujung belakang toraks serangga.
Bentuk scutoid banyak
Penyelidik menggunakan teknik pemodelan pengiraan menggunakan gambarajah Voronoi. Ini ialah alat yang paling biasa digunakan untuk memahami bentuk geometri merentasi medan yang berbeza. Eksperimen pemodelan menunjukkan bahawa apabila kelengkungan dalam tisu meningkat, sel yang membentuk tisu ini menggunakan bentuk yang lebih kompleks daripada sekadar lajur dan bentuk botol seperti yang dipercayai sebelum ini. Sel-sel epitelium menggunakan bentuk yang tidak diterangkan sebelum ini dan bentuk khusus ini membantu sel untuk menjadikannya lebih cekap tenaga sambil memaksimumkan pembungkusan yang mantap. Penyelidik melihat dengan teliti pembungkusan tiga dimensi pelbagai tisu dalam haiwan yang berbeza untuk menganalisis pandangan mereka. Data eksperimen menunjukkan bahawa sel epitelium mengamalkan sangat serupa 3D motif seperti yang diramalkan oleh pemodelan pengiraan. Jadi ini bentuk baru scutoid membantu dalam membongkok dan melengkung dan membolehkan cara yang paling optimum untuk sel kekal padat dengan stabil. Setelah mengesahkan bahawa bentuk baharu wujud, penyelidik meneroka dalam organisma lain untuk kehadiran bentuk seperti scutoid dan mereka mendapati bahawa bentuk ini banyak terdapat. Bentuk seperti scutoid ini juga ditemui dalam sel epitelium ikan zebra dan kelenjar air liur lalat buah dan terutamanya di kawasan yang memerlukan tisu untuk melengkung paling banyak daripada mempunyai rupa yang rata.
Ini adalah penemuan yang sangat menarik dan unik yang boleh meningkatkan pemahaman kita dan membantu kita mengawal organisasi tiga dimensi organ (morfogenesis). Ia boleh menjelaskan lebih lanjut tentang apa yang berlaku apabila organ tidak terbentuk dengan betul yang membawa kepada penyakit. Ia boleh membantu besar dalam bidang pertumbuhan organ tiruan dan kejuruteraan tisu kerana membina perancah dengan struktur pembungkusan yang betul akan membawa kepada hasil yang lebih baik. Penemuan bentuk baharu ini mempunyai potensi aplikasi merentasi pelbagai bidang saintifik.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoid ialah penyelesaian geometri kepada pembungkusan tiga dimensi epithelia. Alam Komunikasi. 9(1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
